Störungserkennungs- und -aufzeichnungssystem

Abstract

 Störungserkennungs- und -aufzeichnungssystem für Störungen in periodischen Signalen mit einem Verzögerungsspeicher (FIFO) für abgetastete digitale Signalwerte, bei dem zum Zweck einer weitgehenden Datenreduktion die abgetasteten digitalen Signalwerte in einem Schreib-/Lesespeicher (RAM) (7) zwischengespeichert sind, aus dem sie periodenweise über eine Adreßsteuerung (8) ausgelesen werden und zusammen mit nicht zwischengespeicherten Signalwerten einer unmittelbar folgenden Signalperiode einem digitalen Vergleicher (10) zugeführt sind, der je nach Nichtübereinstimmung oder Übereinstimmung der verglichenen Signalperioden ein Start- oder Stoppsignal an eine Ausgabeeinheit (13) für den Verzögerungsspeicher (FIFO) liefert.
Die Erfindung wird angewandt bei Störungsschreibern.

Beschreibung

[0001] Die Erfindung betrifft ein Störungserkennungs- und -aufzeichnungssystem für Störungen in periodischen Signalen mit einem Verzögerungsspeicher für abgetastete digitale Signalwerte und einer Einrichtung zum gegenseitigen Vergleich aufeinanderfolgender Signalperioden sowie mindestens einem störungsgesteuerten Startselektor, der einen Startimpuls an eine Ausgabeeinrichtung für die verzögerten Signalwerte liefert.

[0002] Ein derartiges System ist in dem Aufsatz "Verzögerungs_- einheit OSCILLOSTORE zur Störwerterfassung" in der SIEMENS-Zeitschrift 45 (1971), Heft 10, Seiten 634 und 635 beschrieben. Aus den letzten Angaben im Kapitel "Technische Daten einer Sechskanal-Ausführung" des Aufsatzes geht hervor, daß die Einschaltdauer des Registriergerätes 1 bis 10 s beträgt. Diese Einschaltdauer beginnt mit einem Startsignal für einen als Ausgabeeinheit dienenden Schnellschreiber, das ein Startselektor, beispielsweise eine ― -Anregung, abgibt. Die Einschaltdauer ist unabhängig von der Dauer der Störung, die aufgezeichnet werden soll. Allenfalls kann die Einschaltdauer nach Erfahrungswerten festgelegt werden. Es ist jedoch zu erwarten, daß die wirkliche Dauer einer Störung oft die eingestellte Einschaltdauer überschreitet oder nicht erreicht, so daß entweder wertvolle Information verlorengeht und im anderen Falle zusätzlich für nicht interessierende Normalzustände Registriermaterial verbraucht wird.

[0003] In einem Aufsatz "Automatische Auswertung von Magnetbandaufzeichnungen mit dem OSCILLOSTORE" aus der SIEMENS-Zeitschrift 47 (1973), Heft 12, Seiten 869 bis 872 ist unter der Kapitelüberschrift "Konventionelle Meßtechnik - Programmiertes Messen" ausgeführt, daß, sobald die Meßdaten wieder einen ungestörten Verlauf aufweisen, die zum Erfassen der Störung vorgesehenen Diskriminatoren das Ausgabegerät wieder abschalten. Diese Methode schließt zwar aus, daß infolge einer zu kurzen Einschaltdauer interessierende Daten einer Störung nicht aufgezeichnet werden, sie vermeidet jedoch nicht eine Aufzeichnung von unwichtigen Daten einer stationär gewordenen Störung und damit eine Verschwendung von Registriermaterial.

[0004] Der Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, alle Übergangszustände zu erfassen, jedoch keine Daten aufzunehmen, die sich aus schon aufgezeichneten Daten rekonstruieren lassen. Die Erfindung folgte dabei der Erkenntnis, daß nur die transitären oder Übergangszustände aufgezeichnet werden sollen, und zwar auch solche transitären Zustände, die eine stationär gewordene Störung in einen stationären Normalbetriebszustand überleiten. Stationäre Zustände selbst, seien sie normale Betriebszustände oder stationär gewordene Störungszustände, sollen jedoch nicht aufgezeichnet oder ausgegeben werden, weil sie jederzeit aus der ersten oder zweiten Periode des stationären Zustandes rekonstruiert werden können.

[0005] Gemäß der Erfindung wird die oben angegebene Aufgabe bei einem eingangs beschriebenen System dadurch gelöst, daß die von einer Abtastimpulsfolge abgetasteten digitalen Signalwerte in einem Schreib-/Lesespeicher (RAM) signalperiodenweise zwischengespeichert sowie die Abtastimpulse signalperiodenweise in einem Zähler gezählt sind und die Anzahl der für eine vorausgegangene Signalperiode gezählten Abtastimpulse in einem Register festgehalten ist und daß dieser Registerinhalt gemeinsam über eine Adreßsteuerung die Adressen derjenigen im Schreib-/Lesespeicher (RAM) zwischengespeicherten Signalwerte bestimmt, die zusammen mit entsprechenden Signalwerten einer der zwischengespeicherten Signalperiode unmittelbar folgenden Signalperiode einem digitalen Vergleicher zugeführt sind, der je nach Nichtübereinstimmung oder Übereinstimmung der miteinander verglichenen Signalwerte ein Start- bzw. Stoppsignal an eine Ausgabeeinheit für den Verzögerungsspeicher liefert.

[0006] Der digitale Vergleicher stellt fest, ob die momentan einlaufende Signalperiode einem stationären oder transitären Zustand angehört, und steuert dementsprechend die Ausgabeeinrichtung für die im Verzögerungsspeicher gespeicherten digitalen Signalwerte. Der periodenweise Momentanwertvergleich findet nach einer selbsttätigen Abstimmung der Vergleichsoperation auf die Grundfrequenz des analogen Eingangssignals statt. Dies ist zweckmäßig, weil die Periodendauer der Grundschwingung des periodischen Signals in der Regel nicht konstant ist. Deshalb berücksichtigt die Adreßsteuerung des Schreib-/Lesespeichers (RAM) die Periodendauer bei der Vergleichsoperation. Dies geschieht unter gleichzeitigem Zählen der auf je eine Periode des periodischen Eingangssignals entfallenden Abtastimpulse. Zusätzlich ergibt sich dadurch die Möglichkeit, die Frequenz des Eingangssignals zu überwachen und bei einer Änderung als Zahl aufzuzeichnen.

[0007] Mit Vorteil ist im Signalweg zwischen dem Schreib-/Lesespeicher und dem Verzögerungsspeicher eine von den Ausgangssignalen des digitalen Vergleichers gesteuerte Schaltung zur zeitlichen Verdichtung der zu verzögernden Signale eingefügt. Der Verdichtungsfaktor ist über einen Codierschalter vorwählbar, beispielsweise in den Verhältnissen 1 : 4, 1 : 8, 1 : 16 und 1 : 32. Diese Verhältnisse sind nur als Beispiele angeführt, es sind auch jederzeit andere Verdichtungsverhältnisse ausführbar.

[0008] Ein weiterer Schritt zur Datenreduktion liegt in der Unterteilung der transitären Vorgänge in Bereiche mit hochfrequenten Anteilen im Eingangssignal und Bereiche, in denen das Eingangssignal betriebsfrequent ist, seine Amplitude sich jedoch noch ändert. In den letztgenannten Bereichen kann eine Verringerung der Aufzeichnungsrate stattfinden, ohne daß hierdurch Informationen verlorengehen. Um in diesen Bereichen eine Datenreduktion durchzuführen, wird die Toleranzschwelle der Differenz der im digitalen Vergleicher miteinander verglichenen Signalwerte etwas angehoben und zusätzlich eine periodenweise Amplitüdenüberwachung durchgeführt. Mit Vorteil findet neben dem periodenweisen Vergleich der Momentanwerte des Signals zusätzlich in einer Amplitudenüberwachungseinheit eine Überwachung seiner Amplitude auf nichttransitäre kleine Änderungen statt. Treten derartige Änderungen auf, so wird nur mit verminderter Aufzeichnungsrate aufgezeichnet.

[0009] Die Erfindung wird anhand einer Figur, die ein Blockschaltbild eines Ausführungsbeispiels darstellt, näher erläutert. Einzelne Einheiten des gesamten Systems sind in strichpunktiert umrandete Blöcke 1 bis 5 zusammengefaßt. Block 1 enthält die der Signalvorverarbeitung dienenden Einheiten. Block 2 dient der Amplitudenüberwachung und der zugehörigen Aufzeichnungssteuerung. Block 3 enthält Einheiten für den periodenweisen Momentanwertvergleich und der dazugehörigen Aufzeichnungssteuerung sowie den Datentransport und den Verzögerungsspeicher. Block 4 enthält eine Frequenzüberwachungsschaltung, und in Block 5 sind die Datenausgabe und eine Echtzeituhr zusammengefaßt.

[0010] Block 1 enthält als Eingangsschaltung für das zu überwachende Analogsignal ein Antialiasing-Filter 1. Der Ausgang dieses Filters ist mit dem Eingang eines Analog-Digital-Umsetzers 2 verbunden, der einen nicht näher dargestellten Abtaster (Sample/Hold-Schaltung) enthält. Weiter ist der Ausgang des Filters 1 an den Eingang eines Bandpasses 3 gelegt, dessen Mittenfrequenz der Betriebsfrequenz des analogen Eingangssignals entspricht. Der Ausgang des Bandpasses 3 liegt am Eingang eines Komparators 4, der ein Taktsignal für die mit der Grundschwingung des Eingangssignals synchron durchzuführenden Operationen des Systems abgibt. Dazu sind seine Ausgangssignale an eine im Block 2 befindliche Amplitudenüberwachungsschaltung 5 gelegt und außerdem einem Zähler 6 innerhalb des Blockes 3 zugeführt. Im Zähler 6 steuern sie Anfang und Ende einer Zählperiode für Abtastimpulse aus einem Impulsgenerator TG, die außerdem dem Analog-Digital-Umsetzer 2 und einer Adreßsteuerung 8 eingegeben werden. Die abgetasteten und im Analog-Digital-Umsetzer 2 anfallenden Digitalwerte sind an den Eingang eines Schreib-/Lesespeichers (RAM) 7 geführt, in dem immer mindestens eine volle Periode des Eingangssignals zwischengespeichert wird. Die zusätzlich mit dem Inhalt eines Ausgangsregisters des Zählers 6 beschickte Adreßsteuerung 8 ist mit ihrem Ausgang an die Adreßeingänge des Schreib-/Lesespeichers (RAM) 7 angeschlossen. Die Adreßsteuerung 8 hat zunächst die Aufgabe, den Schreib-/Lesespeicher (RAM) 7 fortlaufend von Anfang bis Ende durchzuadressieren. Diese Adressierung ist vergleichbar mit einem Zeiger, der wie bei einer Uhr ringförmig angeordnete Speicherzellen nacheinander anspricht. Diese Betriebsweise wird durch einen in der Adreßsteuerung 8 enthaltenen Adreßzähler modulo RAM-Länge bewirkt, was bedeutet, daß der Adreßzähler immer dann, wenn er die letzte Schreib-/Lesespeicherzelle adressiert hat, wieder bei der ersten anfängt. Das R/W (Read/Write)-Signal der Adreßsteuerung 8 hat auch die Aufgabe, immer dann, wenn der Adreßzähler um Eins weitergezählt wurde, den Inhalt der mit dem ältesten Abtastwert geladenen Schreib-/Lesespeicherzelle an den zeitlichen Verdichter 9 auszulesen und mit dem nächsten Takt den zuletzt vom Analog-Digital-Umsetzer 2 bereitgestellten Wert in die gleiche Zelle einzuschreiben. Die Adreßsteuerung liest also immer den ältesten zwischengespeicherten Momentanwert aus dem Schreib-/Lesespeicher (RAM) 7 aus und schreibt den jüngsten Momentanwert in den gleichen Speicher ein. Der bisher beschriebene Teil des Blockes 3 stellt demnach eine Art Schieberegister dar, das so lang ist, daß es mindestens eine Grundschwingungsperiode des analogen Eingangssignals aufnehmen kann. Der vom Analog-Digital-Umsetzer 2 gelieferte und in den Schreib-/Lesespeicher (RAM) 7 eingetragene Momentanwert wird gleichzeitig in einem in einem digitalen Vergleicher 10 enthaltenen Register zwischengespeichert. Außerdem ermittelt die Adreßsteuerung 8 die Adresse, in der der für eine Vergleichsoperation benötigte Abtastwert der vorausgegangenen Periode im Schreib-/Lesespeicher (RAM) 7 steht. Hierzu dient ihr die Information, die in dem Ausgangsregister des Zählerbausteins 6 abgelegt ist. Dieser Zähler zählt andauernd die Zahl der Abtastungen, die während einer Periode der Grundschwingung des analogen Eingangssignals getätigt werden. Für Anfang und Ende seiner Zählung bedient er sich des mit der Grundschwingung des periodischen Eingangssignals synchron laufenden Rechtecksignals des Komparators 4. Die festgestellte Zahl der Abtastungen wird immer für die Dauer einer Periode in dem erwähnten Ausgangsregister des Zählers 6 festgehalten. Diesen Wert, der die Zahl der Abtastungen in der Vorperiode angibt, subtrahiert die Adreßsteuerung 8 vom momentanen Adreßzählerwert und erhält damit die Adresse der Schreib-/ Lesespeicherzelle, in der der für die Vergleichsoperation benötigte Abtastwert der Vorperiode steht. Mittels des R/W-Signales bewirkt die Adreßsteuerung 8 die Übernahme des Vorperiodenwertes aus dem Schreib-/Lesespeicher (RAM) 7 in ein zweites Register des digitalen Vergleichers 10. Im digitalen Zahlenvergleicher 10 werden im Schreib-/Lesespeicher (RAM) 7 abgespeicherte Digitalwerte einer vorhergehenden Signalperiode mit den Digitalwerten einer folgenden Periode verglichen. Eine eventuell vorliegende Differenz wird an einer Toleranzschwelle gemessen. Bei Überschreiten der Toleranzschwelle wird eine Aufzeichnungssteuerung 11, die ein Teil des Vergleichers 10 ist, betätigt. Der Datenausgang des Schreib-/Lesespeichers (RAM) 7 ist außerdem mit einer zeitlichen Verdichtungsschaltung 9 verbunden, die während eines stationären Zustandes des analogen Eingangssignals nur jeden n-ten Momentanwert aus dem Schreib-/Lesespeicher (RAM) 7 an einen Verzögerungsspeicher FIFO weiterleitet. Zwei Ausgänge der Aufzeichnungssteuerung 11 sind mit zwei Eingängen der zeitlichen Verdichtungsschaltung 9 verbunden. Dabei liegt der entsprechend gekennzeichnete Stoppausgang der Aufzeichnungssteuerung 11 an einem die zeitliche Verdichtung bewirkenden Eingang und ihr Startausgang an einem die zeitliche Verdichtung aufhebenden Eingang der Verdichtungsschaltung 9. Der Stoppausgang der Aufzeichnungssteuerung 11 liegt auch am Eingang eines dem Block 2 angehörenden Aufzeichnungssteuerungsaggregates 12, das noch von der Amplitudenüberwachung 5 beaufschlagt wird. Stopp- und Startsignalausgang des Aufzeichnungssteuerungsaggregates 12 sind mit entsprechenden Eingängen eines im Block 5 liegenden Ausgabe-Latches 13 verbunden. Die Einheit 13 gibt jeweils am Ausgang des Verzögerungsspeichers FIFO liegende Zahlenwerte in Form von einer On-Line-Aufzeichnung an einen Datenspeicher bzw. Drucker 14 weiter. Wird im digitalen Zahlenvergleicher 10 während mindestens einer Periode des analogen Eingangssignals kein Überschreiten der Toleranzschwelle festgestellt, so schaltet die Steuerung die zeitliche Verdichtungsschaltung 9 wieder an und startet das Aufzeichnungssteuerungsaggregat 12, das mit der Amplitudenüberwachung verbunden ist, um den Verzögerungsspeicher FIFO zweimal zu entleeren.

[0011] Die beschriebene Schaltung hat die Wirkung, daß einige Perioden zeitlich verdichteter Momentanwerte und eine Periode mit jedem Wert eines vorhergehenden stationären Betriebs", der Übergangsvorgang selbst und eine Periode des neuen stationären Betriebs und einige weitere zeitlich verdichtete Perioden aufgezeichnet werden. Ein externer Triggereingang 15 hat die gleiche Wirkung wie das Überschreiten der Toleranzschwelle beim Vergleich. Stellt die Amplitudenüberwachung 5 eine betriebsfrequente Amplitudenänderung fest, so werden nur einige verdichtete Perioden vor und nach dem Ansprechen der Amplitudenüberwachung 5 aufgezeichnet. Auch bei einem satten Kurzschluß des analogen Eingangssignals (Nullsignal) tritt keine Fehlfunktion der Schaltung auf, weil der Zustand im Ausgangsregister des Zählers 6 erhalten bleibt (der Komparator 4 liefert kein Signal). Die durch den Kurzschluß begonnene Aufzeichnung wird also wie bei jedem anderen Übergang in einen sta_- tionären Betriebszustand abgeschaltet, sobald für mindestens eine Periode der zuletzt festgestellten Periodendauer der Grundschwingung des Eingangssignals bei der Vergleichsoperation keine die Toleranzschwelle überschreitende Differenz festgestellt worden ist. Die im Block 4 enthaltene Frequenzüberwachung 16 veranlaßt ein besonderes, dafür vorgesehenes Latch 17 zur Ausgabe eines Frequenzwertes bei einer Frequenzänderung. Vor Beginn jeder Aufzeichnung wird die aus einer Echtzeituhr 18 in einem weiteren Latch 19 gespeicherte Echtzeit ausgegeben.

[0012] Bei der Ansteuerung der Aufzeichnung sind Prioritäten festgelegt. Die erste Priorität hat der periodenweise Momentanwertvergleich, die zweite Priorität hat die Amplitudenüberwachung und die dritte Priorität die Frequenzüberwachung. Dabei ist vorgesehen, bei nur langsamen Änderungen der Grundfrequenz des analogen Eingangssignals nur diesen Frequenzwert aufzuzeichnen.

[0013] Ein- und Ausschaltvorgänge überwachter analoger Eingangssignale werden wie andere Übergänge zwischen zwei stationären Betriebszuständen behandelt.

[0014] Es versteht sich, daß das vorgeschlagene System durch einen Multiplexer am Eingang und einen Demultiplexer am Ausgang mehrkanalig aufgebaut werden kann.

Ansprüche

1. Störungserkennungs- und -aufzeichnungssystem für Störungen in periodischen Signalen mit einem Verzögerungsspeicher für abgetastete digitale Signalwerte und einer Einrichtung zum gegenseitigen Vergleich aufeinanderfolgender Signalperioden sowie mindestens einem störungsgesteuerten Startselektor, der einen Startimpuls an eine Ausgabeeinrichtung für die verzögerten Signalwerte liefert, dadurch gekennzeichnet , daß die von einer Abtastimpulsfolge abgetasteten digitalen Signalwerte in einem Schreib-/Lesespeicher (RAM) (7) signalperiodenweise zwischengespeichert sowie die Abtastimpulse signalperiodenweise in einem Zähler (6) gezählt sind und die Anzahl der für eine vorausgegangene Signalperiode gezählten Abtastimpulse in einem Register festgehalten ist und daß dieser Registerinhalt über eine Adreßsteuerung (8) die Adressen derjenigen im Schreib-/Lesespeicher (RAM) (7) zwischengespeicherten Signalwerte bestimmt, die zusammen mit entsprechenden Signalwerten einer der zwischengespeicherten Signalperiode unmittelbar folgenden Signalperiode einem digitalen Vergleicher (10) zugeführt sind, der je nach Nichtübereinstimmung oder Übereinstimmung der miteinander verglichenen Signalwerte ein Start- bzw. Stoppsignal an eine Ausgabeeinheit (13) für den Verzögerungsspeicher (FIFO) liefert.

2. Störungserkennungs- und -aufzeichnungssystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß zwischen Schreib-/Lesespeicher (RAM) (7) und Verzögerungsspeicher (FIFO) eine von den Ausgangssignalen des digitalen Vergleichers (10) gesteuerte zeitliche Verdichtungsschaltung (9) liegt.

3. Störungserkennungs- und -aufzeichnungssystem nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß neben dem periodenweisen Vergleich der Momentanwerte des Signals zusätzlich in einer Amplitudenüberwachungseinheit (5) eine Überwachung seiner Amplitude auf nichttransitäre kleine Änderungen stattfindet, wobei im vorliegenden Fall mit einer verminderten Aufzeichnungsrate aufgezeichnet wird.

Zeichnung